铸造课件论述.ppt
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- 铸造 课件 论述
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1、第一章第一章 铸造铸造知识点:常用金属材料黑色金属有色金属粉末冶金钢铸钢和铸铁铜及铜合金铝及铝合金硬质合金粉末高速钢什么是铸造什么是铸造:是指熔炼金属、制造铸型,并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得一定是指熔炼金属、制造铸型,并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得一定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯或零件的成型方法。形状、尺寸和性能的金属零件毛坯或零件的成型方法。.铸造成形的作用铸造成形的作用:金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材料的不同,金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造(包括压力铸料的不同,金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造(
2、包括压力铸造、金属型铸造等)造、金属型铸造等).其中砂型铸造是最基本的液态成形方法,所生其中砂型铸造是最基本的液态成形方法,所生产的铸件要占铸件总量的产的铸件要占铸件总量的80%80%以上以上.铸造成形基础概述铸造成形基础概述铸造成型的优点铸造成型的优点适于做复杂外形,特别是适于做复杂外形,特别是复杂内腔的毛坯复杂内腔的毛坯对材料的适应性广,铸件对材料的适应性广,铸件的大小的大小几乎不受限制几乎不受限制成本低,原材料来源广泛,成本低,原材料来源广泛,价格低廉价格低廉,一般不需要昂一般不需要昂贵的设备贵的设备是某些塑性很差的材料是某些塑性很差的材料(如铸铁等如铸铁等)制造其毛坯或制造其毛坯或零件
3、的唯一成型工艺零件的唯一成型工艺铸造成型铸造成型优优 点点铸造成型的优点铸造成型的优点工艺过程比较复杂,一些工艺工艺过程比较复杂,一些工艺过程还难以控制过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性、液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔、缩松、液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷,产品缺陷,产品 质量不够稳定质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大,组织不均由于铸件内部晶粒粗大,组织不均匀,且常伴匀,且常伴 有缺陷,其力学性能有缺陷,其力学性能比同类材料的塑性成形低比同类材料的塑性成形低铸造成型铸造成型缺
4、缺 点点铸造工艺基础 合金的铸造性能液态合金的充型能力铸件的凝固与收缩铸 造 缺 陷 气孔 铸造内应力变形和裂纹缩孔和缩松 第一节:金属的铸造性能砂型铸造过程砂型铸造过程合金的铸造性能合金的铸造性能铸造性能:金属在铸造成形过程中获得形状准确、铸造性能:金属在铸造成形过程中获得形状准确、内部健全铸件的能力。内部健全铸件的能力。通常是指合金的通常是指合金的流动性、收缩性流动性、收缩性吸气性、氧化性、凝固温度范围、热裂纹倾向吸气性、氧化性、凝固温度范围、热裂纹倾向性等来衡量。性等来衡量。合金铸造性能是选择铸造金属材料,确定铸件的合金铸造性能是选择铸造金属材料,确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计
5、的依据铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据.一、合金的流动性一、合金的流动性液态金属充满铸型型腔,获得尺寸精确、轮廓清晰液态金属充满铸型型腔,获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力的成型件的能力流动性:金属液本身的流动能力流动性:金属液本身的流动能力充型能力的概念充型能力的概念:充型能力不足充型能力不足浇不足浇不足冷冷 隔隔夹夹 砂砂气气 孔孔夹夹 渣渣充型能力的决定因数充型能力的决定因数合金的流动性合金的流动性铸型性质铸型性质浇注条件浇注条件铸件结构等铸件结构等合金的充型能力合金的充型能力测试合金充型测试合金充型能力的方法能力的方法:如右图,将合金液浇入铸型中,冷凝后测出充满型腔的式样长度。浇
6、出的试样越长,合金的流动性越好,合金充型能力越好合金充型能力越好.几种不同合金流动性的比较几种不同合金流动性的比较*铸铁的流动性铸铁的流动性*铸钢的流动性铸钢的流动性实验证明铸铁的流动性好,铸钢的流动性差。实验证明铸铁的流动性好,铸钢的流动性差。比较下面几种合金流动性能比较下面几种合金流动性能合金流动性对充型能力的影响合金流动性对充型能力的影响合金流动性的决定因数合金流动性的决定因数 合金的种类合金的种类:合金不同,流动性不同合金不同,流动性不同.化学成分化学成分:同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点,流动也不同同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点,流动也不同。结晶特性结晶特性:恒
7、温下结晶,流动性较好;两相区内结晶,流动性较差恒温下结晶,流动性较好;两相区内结晶,流动性较差.浇注条件对充型能力的影响浇注条件对充型能力的影响浇注浇注条件条件浇注温度浇注温度充型压力充型压力浇注系统浇注系统浇注温度越高,液态金属的粘度越小,浇注温度越高,液态金属的粘度越小,过热度高,金属液内含热过热度高,金属液内含热 量多,保持量多,保持液态的时间长,充型液态的时间长,充型 能力强。能力强。液态金属在流动方向上所受的压力称为液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大充型压力。充型压力越大,充型能力越充型能力越强。强。浇注系统的结构越复杂,则流动浇注系统的结构越复杂,则流动 阻力
8、越大,充型能力越差。阻力越大,充型能力越差。铸型特点对充型能力的影响铸型特点对充型能力的影响铸型材料铸型材料 铸型结构铸型结构 铸件的结构铸件的结构 凡能增加金属流动阻力和冷却速度,降低流速的因素,均能降低金属的流动性。凡能增加金属流动阻力和冷却速度,降低流速的因素,均能降低金属的流动性。如型腔过窄,浇注系统结构复杂,直浇道过低,内浇道截面太小,型砂水分如型腔过窄,浇注系统结构复杂,直浇道过低,内浇道截面太小,型砂水分过多或透气性不好,铸型材料热导性过大等,都会降低金属的流动性过多或透气性不好,铸型材料热导性过大等,都会降低金属的流动性。铸件结构对充型能力的影响铸件结构对充型能力的影响 折算厚
9、度:折算厚度:折算厚度也叫当量厚度折算厚度也叫当量厚度或模数或模数,是铸件体积与铸件是铸件体积与铸件表面积之比。折算厚度越表面积之比。折算厚度越大,热量散失越慢,充型大,热量散失越慢,充型能力就越好。能力就越好。复杂程度:复杂程度:铸件结构越复杂,流铸件结构越复杂,流动阻力就越大,铸型的动阻力就越大,铸型的充填就越困难。充填就越困难。二、合金的收缩与凝固二、合金的收缩与凝固 合金的收缩的过程合金的收缩的过程:合金从液态冷却至室温的过程中,其体积或尺寸缩减的合金从液态冷却至室温的过程中,其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难,会造成许现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困
10、难,会造成许多铸造缺陷。(如:缩孔、缩松、裂纹、变形等)。多铸造缺陷。(如:缩孔、缩松、裂纹、变形等)。合金收缩的三个阶段合金收缩的三个阶段合金的收缩合金的收缩合金收缩合金收缩固态合金冷却固态合金冷却液态合金冷却液态合金冷却液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩缩孔缩孔缩松缩松固态收缩固态收缩裂纹裂纹变形变形应力应力影响收缩的因素影响收缩的因素铸型条件铸型条件铸件结构铸件结构浇注温度浇注温度化学成分化学成分(c含量含量)合金收缩合金收缩化学成分对收缩的影响化学成分对收缩的影响v 不同种类的金属,其收缩率不同。例如碳素钢和灰不同种类的金属,其收缩率不同。例如碳素钢和灰铸铁,灰铸铁的收缩率明显小于碳素钢
11、,这是因为铸铁,灰铸铁的收缩率明显小于碳素钢,这是因为铸铁中的碳大部分以石墨存在,石墨的析出使铸铁铸铁中的碳大部分以石墨存在,石墨的析出使铸铁的体积膨胀,补偿了部分凝固收缩。的体积膨胀,补偿了部分凝固收缩。铸件结构及铸型条件对收缩的影响铸件结构及铸型条件对收缩的影响v 铸件在铸型中各部分冷却速度不同,彼此相互制约,铸件在铸型中各部分冷却速度不同,彼此相互制约,对其收缩会产生阻力,同时铸型和型芯对铸件收缩对其收缩会产生阻力,同时铸型和型芯对铸件收缩产生机械阻力。产生机械阻力。浇注温度对收缩的影响浇注温度对收缩的影响v 浇注温度越高,液态收缩越大。一般浇注温度每提浇注温度越高,液态收缩越大。一般浇
12、注温度每提高高100,体积收缩量增加,体积收缩量增加1.6%左右。左右。缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成缩孔的形成:定义:金属液在铸型内冷凝过程中,若其体积收缩得不金属液在铸型内冷凝过程中,若其体积收缩得不到补充,将在铸件最后凝固的部位形成孔洞,这种孔称为缩到补充,将在铸件最后凝固的部位形成孔洞,这种孔称为缩孔。缩孔分为集中缩孔和分散缩孔两类。通常所说的缩孔指孔。缩孔分为集中缩孔和分散缩孔两类。通常所说的缩孔指的是集中缩孔,而分散缩孔一般称为缩松。的是集中缩孔,而分散缩孔一般称为缩松。纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的 合金合金,浇注后在浇注后在型腔内是由表及
13、里的逐层凝固。在凝固过程中,如得不到合型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中,如得不到合金液的补充,金液的补充,在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.缩松的形成原因缩松的形成原因:铸件最后凝固的收缩未能得到补足,或者结晶温度范围宽的合金铸件最后凝固的收缩未能得到补足,或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固,凝固区域较宽,液、固两相共存,树枝晶发达,枝晶呈糊状凝固,凝固区域较宽,液、固两相共存,树枝晶发达,枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。消除缩孔和缩松的方法消除缩孔和缩松的方法定向凝固原则定向凝固原则是铸件
14、让远离冒口的地方先凝是铸件让远离冒口的地方先凝固,靠近冒口的地方次凝固,固,靠近冒口的地方次凝固,最后才是冒口本身凝固。实现最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄,将缩孔转移到冒口以厚补薄,将缩孔转移到冒口中去。中去。原理原理方法方法2.选择顺序凝固的原则,在铸件可能出现缩孔的位置增设冒选择顺序凝固的原则,在铸件可能出现缩孔的位置增设冒口或冷铁,实现依次凝固;口或冷铁,实现依次凝固;1.合理选择铸造合金合理选择铸造合金,尽量采用接近尽量采用接近共晶成分的合金;共晶成分的合金;解决缩孔的方法演示解决缩孔的方法演示:冒口和冷铁冒口和冷铁定向凝固原则定向凝固原则解决缩孔的方法演示解决缩孔的方法演示铸造成
15、形内应力、变形与裂纹铸造成形内应力、变形与裂纹内应力内应力热应力热应力机械应力机械应力变形变形裂纹裂纹铸件在凝固和冷却的过程中,由于铸件铸件在凝固和冷却的过程中,由于铸件的壁厚不均匀,导致不同部位不均衡的的壁厚不均匀,导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。收缩而引起的应力。铸件在固态收缩时,因受到铸型、型铸件在固态收缩时,因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。的应力。残余热应力的存在,使铸件处在一种非稳定残余热应力的存在,使铸件处在一种非稳定状态,将自发地通过铸件的变形来缓解其应状态,将自发地通过铸件的变形来缓解其应力,以回到稳定的平衡状态。力,
16、以回到稳定的平衡状态。当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。热应力的形成过程演示热应力的形成过程演示热应力的消除方法热应力的消除方法铸件的结构:铸件各部分能自由收缩铸件的结构:铸件各部分能自由收缩 工艺方面:工艺方面:采用同时凝固原则采用同时凝固原则时效处理:时效处理:人工时效;自然时效人工时效;自然时效铸件的结构尽可能对称铸件的结构尽可能对称铸件的壁厚尽可能均匀铸件的壁厚尽可能均匀铸件的变形原因铸件的变形原因结论:结论:厚部、心部受拉应力,厚部、心部受拉应力,出现内凹变形。出现内凹变形。薄部、表面受压应力,薄部、表面受压应力,出现外凸变形。出现外凸变形。铸件
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